Окончив в 1908 г. Павловское пехотное училище, Роман фон Унгерн-Штернберг предпочел стать кавалеристом и был выпущен хорунжим 1-го Аргунского полка Забайкальского казачьего войска. Полк базировался на железнодорожной станции Даурия между Читой и китайской границей. Вследствие дуэли был из Аргунского полка переведен в Амурский — единственный штатный полк Амурского казачьего войска. Вместе с Г.М. Семеновым, будущим атаманом Забайкальского Казачьего войска, служил под командованием барона П.Н. Врангеля, будущего главнокомандующего белой Русской Армии на Юге России в 1919-20 гг. Сохранилась характеристика на Унгерна, подписанная Врангелем: «Превосходный офицер, не теряется ни при каких ситуациях. Склонен к пьянству» (справедливости ради, заметим, что впоследствии Р.Ф. фон Унгерн-Штернберг стал абсолютным трезвенником).

Когда в 1911 г. в Китае вспыхнула «синьхайская» революция против Маньчжурской династии Цин, барон Унгерн записался добровольцем на запад Монголии, где восставший народ вел бои с войсками Китая, 220 лет державшего Монголию под своей властью. Вместе с другими русскими казачьими офицерами он помогал создавать армию независимой Монголии, с самого начала ориентировавшейся на союз с Российской Империей великого Цаган-Хана (Белого Царя, как монголы издавна именовали российских Императоров — подобно мусульманским народам Туркестана, именовавшим русского Самодержца «Ак-Падишах», что также означает «Белый Царь»). В эти годы была заложена основа его позднейшей популярности среди монголов.

С 1914 г. Унгерн снова в рядах регулярной российской армии. За боевые заслуги в боях с германцами в Восточной Пруссии был награжден орденом Св. Георгия 4-й степени и Золотым (Георгиевским) оружием. Но повздорил с другим офицером, был им ранен шашкой в голову и впал в немилость у начальства. С тех пор его до конца жизни мучили жестокие приступы головной боли.